Dispozitive Si Circuite Electrice
Transcript of Dispozitive Si Circuite Electrice
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
1/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie
1.Purttori de sarcin n semiconductoare- dup conductibilitatea electric corpurile solide sunt:
conductoare - > 103/cm la tamb` - ne~ 10
22/cm3 (electroni liberi)- neutre electric local i general- conductibilitatea scade cu temperatura
( EEEqnqnvj n
1
==== )
(n jurul ionilor pozitivi care nu particip la conducie se mic electroni
mobili)
semiconductoare - ~ 10-10103 / cm (la temperatura ambiant)- pentru T
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
2/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
Dar, un electron de valen vecin, de pe alt legtur covalent,poate efectua o tranziie (tot datorit agitaiei termice) i ocup locul rmasliber; sub influena cmpului electric, se constat c are loc o deplasare desarcin pozitiv n sensul cmpului electric, adic un electron devenit liber
determin efectuarea mai multor tranziii ca i cnd locurile libere s-ardeplasa. Se asociaz acestei deplasri a unei sarcini pozitive noiunea degol,adic un purttor de sarcin pozitiv care determina o component acurentului electric. De remarcat c golul nu este o particul elementar ci esteun concept care simuleaz deplasarea locurilor goale din structurasemiconductorului prin ocuparea lor de ctre electroni care se afl deja pealte nivele energetice.
O alt explicaie a celor dou componente ale curentului electric dintr-unsemiconductor se poate da folosind teoria benzilor energetice dintr-un corpsolid.
metale izolatoare-semiconductoare
2
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
3/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
* conductoare: la temperatura absolut 00 Kelvin toate nivelele din BVsunt ocupate i cele din BC sunt libere; nivelul Fermi separ cele dou benzi;dac T crete, apar electroni de conducie care pot participa la conducie.
* semiconductoare (izolatoare): la temperatura absolut 00
Kelvin toatenivelele din BV sunt ocupate i cele din BC sunt libere; poziia niveluluiFermi nu este precizat; electronii nu pot ocupa nivele din BI; la energietermic suficient de mare (foarte mare) este posibil ca unii electroni s treacdin BV n BC.
Numrul acestora depinde de W:- la germaniu: W = 0,67 eV- la siliciu: W = 1,1 eV- diamant: W = 6-7 eV
Prin impurificare ( procedee tehnologice), proprietile electrice alesemiconductoarelor se modific foarte mult fiind dou posibiliti:
* n cazul n care se introduc impuriti ale cror nivele energeticepermise n BV sunt foarte aproape de BC (elemente pentavalente, Bi, Sb, As,P) n care al cincilea electron trece uor n banda de conducie, se obinelectroni de conducie chiar la temperaturi sczute dei nu au aprut goluri n
banda de valen adic procesul de generare de perechi de purttori nu estesemnificativ. Se spune c impuritile sunt de tip donori c, la temperaturacamerei, sunt ionizate complet. Rezult c, n semiconductor, numrul de
purttori mobili electroni este mai mare dect cel de goluri.
a) impurificare cu substane pentavalente (Bi, Sb, As, P) - donoare- al 5-lea electron trece uor n BC apar electroni de conducie- la temp. camerei toate impuritile sunt ionizate- procesul de generare de perechi nesemnificativ (nc)
semiconductor extrinsec- purttorii majoritari electronii semic de tip N- purttorii minoritari golurile n >> p
donoare acceptoare
b) impurificare cu substane trivalente (B, Al, In, Ga) - acceptoare
- apare uor un gol n BV pot participa la conducie- la temp. camerei toate impuritile sunt ionizate- procesul de generare de perechi nesemnificativ (nc)
3
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
4/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
semiconductor extrinsec- purttorii majoritari golurile - semic de tip P- purttorii minoritari electronii n
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
5/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
313310 /105.2)(/105.1)( cmGencmSin ii * )()( GenSin ii
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
6/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
2.Conductibilitatea electric a semiconductoarelor T mic numr mic de purttori nu este curent electric T ambiant numrul de purttori mobili de sarcin crete prin
ionizarea impuritilor obinui datorit agitaiei termiceSe aplici cmp electric peste micarea de agitaie termic dezordonatse suprapune o micare dirijat a purttorilor mobili de sarcin creia icorespunde o vitez medie de deplasare. Se constat proporionalitatea cucmpul electric:
Ev = viteza mediev E cmp electric aplicat
mobilitate
sV
m2 mrime de material:
( ) ( )Sinp
Genp
2
1;
2
1
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
7/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
a1-a2 temp. joas ionizare imp.a2-a3 temp. ambiant toate imp. rezistivitatea scade la temp.
sunt ionizate ambiant deoarece mobilitateaa3-c temp. mare crete conc. de scade cu temperatura
purttori intrinseci b conc. imp. mai mare
3. Difuzia purttorilor de sarcin- semic. dopat neuniform cu impuriti, fr cmp electric din exterior
a) tendina de uniformizare (ca la gaze) prin proces de difuzie curentde difuzie;
b) apare cmp electric sarcini electrice pozitive fixe (stnga) i sarcini
electrice negative mobile (dreapta) care are tendina de a aduce napoi electroniispre stnga curent de cmp.c) rezult proces de uniformizare dinamicd) regim staionar (de echilibru) cnd transportul de purttori prin difuzie
= transportul de purttori prin cmp.Curentul de difuzie este proporional cu gradientul concentraiei de
purttori:
pqDjnqDj pdifpndifn == ;
pn DD , constante de difuzie,
s
cm2
(depind de material)
Ecuaiile de transport
pn
ppdifpcamppp
nndifncampnn
jjj
pqDEqpjjj
nqDEqnjjj
+=
=+=
+=+=
La echilibru termic: 0== pn jj
Legtura dintre constanta de difuzie i mobilitate
Ambele sunt mrimi care caracterizeaz acelai proces fizic cu caracter statistical micrii dezordonate a purttorilor de sarcin.
7
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
8/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
- energia potenial: ( )xctWp += . Dar: qUWp =
- potenialul intern:q
WUp= deci: ( ) ( )
q
xctxU
= .
- cmpul intern:( )q
xUgradE
'==
- curentul de electroni la echilibru termic:
0=+=+= Eqndx
dnqDEqnnqDj nnnnn
- din:( )
kT
x
nen
= se deduce:kTxn n )(lnln
= i apoi:
( )dx
kT
x
n
dn '= sau: ( )x
kT
n
dx
dn'=
- curentul de electroni devine:
( )( )
0'
' =+q
xqnx
kT
nqD nn
,
de unde, pentru: ( ) ,0' x rezult:
kT
Dnn = ; la fel:
kT
p
p =
(relaii Einstein)
Ecuaiile de transport:
+=
+=
pEkT
q
pqDj
nEkT
qnqDj
pp
nn
- echilibrul termic nu depinde de mobilitate sau de constanta de difuzie
4. Ecuaiile de continuitate- variaia n timp a concentraiei de purttori:
- generare de purttori (termic, iradiere, etc.) Gn, Gp- recombinare de purttori (gol + electron dispar + foton) Rp, Rn
- deplasare de purttori (div j 0)
8
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
9/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
q
jdiv
Sq
jdiv
RGt
n
q
jdivS
q
jdivRG
t
p
n
n
n
nn
p
p
p
pp
==
==
viteza efectiv de cretereppp RGS =Recombinare: - direct
- indirect: - centri de recombinare- capcane- centri de alipire
Fie o generare de purttori care, la un moment dat, se oprete. Exist
(concentraia la echilibru)01 pp >
Sp va fi proporional cu concentraia de purttori n exces, , de forma:0pp
p
p
ppS
0=
p este durata efectivde viaa purttorilor n exces
Dac: 0=pjdiv , se obine ec. dif.:
p
pp
dt
dp
0= cu condiia iniial:
( ) 10 pp =
Soluia: pt
eppptp
+= )()( 010 - semnificaia lui p
Recombinarea depinde de concentraiile de purttori: ,pnRp = este coef. de proporionalitate
Generarea se face pe cale termici viteza de generare depinde doar de temp.:
00npGp =
Rezult: ( )00nppnRGS ppp ==
Fie: 00 , nnnppp == ( )
( )nppn
pnnppnSp
+
++=
00
00
Semic. de tip N:
( )00000ppnpnSpn
p=>>
9
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
10/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
Dar:d
p
p
pNn
ppS
11
0
0 =
= (concluzie)
Forma general a ecuaiilor de continuitate:
q
jdivnn
t
n
qjdivpp
tp
n
n
p
p
+
=
=
0
0
Aplicaie:- regim staionar- semic. de tip N- model unidimensional- cmp electric slab
dx
dj
q
pp
dx
dpqD
dx
dpqDEqpj
p
p
nn
np
nppnp
10 0
=
=
002
2
010
=
=
+
ppD
np
np
dx
npd
dx
ndp
p
qD
dx
d
qp
np
np
Se noteaz: ppp DL = lungimea de difuzie a golurilor
[ ] pLx
nnnon epppxp
+= 0)0()(
- x -
10
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
11/232
Capitolul 1 Noiuni de electronica corpului solid notie 2004
Noiuni de electronica corpului solid
1.Purttori de sarcin n semiconductoare2.Conductibilitatea electric a semiconductoarelor3.Difuzia purttorilor de sarcin4. Ecuaiile de continuitate
11
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
12/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
Capitolul 2 Dioda semiconductoare
procese fizice jonciunea PN la echilibru termic jonciunea PN cu tensiune aplicat caracteristica diodei reale regimul dinamic al jonciunii PN variante ale diodelor semiconductoare
1.Procese fizice- cele mai multe dispozitive conin jonciuni pn- jonciunea pn este un semiconductor eterogen format din dou regiuni distincte
dintre care una este dopat cu impuriti acceptoare iar cealalt cu impuritidonoare; cele dou regiuni formeaz o singur reea cristalin doparea diferitse realizeaz prin procedee tehnologice adecvate.
a) faptul c cele dou regiuni de tip diferit sunt una lng alta face ca ndreptul jonciunii golurile din zona P s difuzeze n zona N; golurile ptrunse nzona N se recombin rapid cu electronii care sunt majoritari; acelai lucru sentmpl cu electronii din zona N care difuzeaz n zona P; rezult c apare uncurent de difuzie;
b) prin plecarea golurilor din zona P n zona N, n imediata vecintate a
jonciunii apare o zon cu sarcin negativ care este sarcina ionilor acceptoripentru neutralizarea crora nu mai sunt suficiente goluri; la fel, n zona N;aceast sarcin spaial fix creeaz un cmp electric care duce la apariia unuicurent de cmp ce se opune curentului de difuzie. Deci, in dreptul jonciuniiapare o barier de potenial care duce, prin curentul de cmp, la starea deechilibru; deci, prin jonciune, la echilibru termodinamic, nu exist un transportnet de purttori;
c) n regiunile neutre exist purttori mobili de sarcin n numr mare, iarconductibilitile electrice vor fi:
- n regiunea p: ppp pq - n regiunea n: n
nn
qn
valori suficient de mari pentru a considera conducia curentului foarte bun. nprim aproximaie, se presupune c rezistena electric a acestor zone estesuficient de mic astfel nct pot fi neglijate cderile de tensiunecorespunztoare. n aceste condiii, limitarea curentului prin jonciune va fideterminat de regiunea de trecere n care numrul de purttori mobili de sarcineste mai mic.
1
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
13/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
P N
(N )a (N )d
Na
Nd
-
+
impuritati
x
x
Pp Pnpp Na
x
nn Ndnp nn
n(x)
p(x)
x+-
(x)
x
U0
u(x)
2
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
14/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie 2003
2. Jonciunea pn la echilibru termic
Se determin:
- lungimea regiunii de trecere, np lll +=
- nlimea barierei de potenial, 0U
Aproximaii:
a
ipapipppp
N
nnNpnnpnp
22 =>>
d
indninnnn
N
npNnnpnpn
22 =>>
model unidimensional
Densitatea de sarcin electric din regiunea de trecere:
[ ] aap qNxnxpNqxl +=
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
15/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie 2003
0)(
0)( 22 ===
=p
plx
lx dx
xduxu
Se integreaz:
12 )( Cxqpdx
xdu p +=
rezult:
pplqpC =1 adic:
( )pp
lxqp
dx
xdu+=
)(2
Se integreaz:
( ) 22
22
1)( Clx
qpxu p
p ++=
rezult: 02 =C i:
( )21 21)( pp lxqpxu +=
Zona 1
cu condiiile la limit:
nqn
dx
xud=
21
2 )(
0)(
)( 101 ===
=n
nlx
lx dx
xduUxu
Se integreaz:
31 )( Cx
qn
dx
xdu n +=
rezult:
nnlqnC =3 adic:
( )nn lx
qn
dx
xdu=
)(1
Se integreaz:
( ) 42
12
1)( Clx
qnxu n
n +=
rezult: 04 UC = i:
( )2022
1)( n
n lxqn
Uxu =
Racordarea soluiilor:
1) pentru: rezult:)0()0(0 21 uux ==
( )222202
1
2
1
2
1ppnnn
np
plpln
ql
qnl
qpU +=+=
2) pentru:
0
2
0
1 )()(0
==
==xx dx
xdu
dx
xdux rezult:
4
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
16/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie 2003
nn
p
pl
qnl
qp
= de unde: ppnn lpln = sau:
p
n
n
p
p
n
l
l=
Deoarece: , rezult imediat:pn lll +=
lnp
plnp
p
n+
= i: lnp
nlnp
np
+= Se nlocuiesc:
( ) ( )
++
+=
2
22
2
22
02
1
pn
np
pn
p
npn
nlp
pn
pln
qU
De aici se deduce lungimea zonei de trecere:
np
np
np
np
q
Ul
+= 0
2
Observaii:
- lungimea de trecere este mic dac zonele sunt dopate puternic;
- regiunea de trecere se extinde mai mult n zona mai puin dopat cu
impuriti.
Deducerea nlimii barierei de potenial
varianta 1:
La echilibru termic:
0
0
=+=
==
dx
dnqDEqnj
dx
dpqDEqpj
nnn
ppp
Se deduc:
dx
dn
nq
kTE
dx
dp
pq
kT
dx
dp
p
DE
p
p 111 ===
Dar:
dx
duE = i, prin artificiu elementar:
n
dn
q
kT
p
dp
q
kTdu == Se integreaz:
cc n
xn
q
kT
p
xp
q
kTxu
)(ln
)(ln)( ==
constante de integrarecc np ,Se expliciteaz concentraiile de purttori:
5
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
17/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie 2003
kT
xqu
ckT
xqu
c enxnepxp
)()(
)()( ==
Condiii la limit:
pcpcpp nnppnnppux ===== ;;0
kT
qU
pnkT
qU
pn
nn
ennepp
nnppUux
00
;0
==
===
Din ambele relaii rezult:
220lnlnlnln
i
da
i
np
n
p
p
n
n
NN
q
kT
n
np
q
kT
p
p
q
kT
n
n
q
kTU ====
Pentru valori tipice ale concentraiilor de impuriti, rezult valori de ordinul
zecimi de V:VUcmncmNcmN ida 777,0/10;/10;/10 0
6202318315 ====
varianta 2:
Se folosete structura de benzi energetice ale semiconductorului:
Se constat:q
UqU 120012 ;
=+= Dar:
kT
W
pppkT
W
pnn eplpeplp21
)(;)(
====
kT
qU
pkT
pkT
W
pkT
W
pn epepeep0121221
+
====
kTn
kTkTn
kTn
kTnpp eneeeenln
121211212
)(
+
=====
Se obin imediat relaii identice cu acelea obinute prin metodaanterioar.
6
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
18/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
3. Jonciunea pn cu tensiune aplicat
a) regim de echilibru termodinamic:
W
difuzie goluri
difuzie e lec tronicamp go luric a m p ele c troni
wq v
dndw
q v0
- 4 componente ale curentului
- numrul de purttori care difuzeaz (purttori care nving bariera de
potenial) depinde de 0U ;
0=+= nmnMpmpMD iiiii
b) se aplic tensiune invers:
Wwq v0
dndw
difuzie goluri
difuzie e lec tronicamp goluric a m p ele c troni
-q(v -u )0 D
Wq(v -u )0 D
Fizic: la polarizare invers, nu exist difuzie de purttori, dar n imediata
vecintate a regiunii de trecere apare o generare termic de perechi de
purttori care sunt antrenai de cmpul electric; astfel, curentul inverseste
un curent de generare.
0
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
19/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
c) se aplica tensiune direct:
difuzie goluri
difuzie electronicamp goluric a m p ele c troni
-
wq v0
dndw
q(v -u )0 D
WW
q(v -u )0 D
Fizic: la polarizare direct, n imediata vecintate a regiunii de trecere, n
zona N, va fi un exces de goluri, dar care nu triesc mai mult de p i nu
ptrund mai mult de . La fel pentru electronii din zona P. Apare o
recombinare puternic n ambele zone i se obine curentul direct care este
un curent de recombinare.
pL
0>+= nmnMpmpMD iiiii desene
Concluzie: curentul prin jonciune depinde de tensiunea de la bornele
jonciunii. Intereseaz o expresie de forma:
[ ]1)(1 =
= Dpm
pm
pM
pmpmpM ufii
iiii
cu condiia: 1)0( =f La fel i pentru electroni.
Rezult curentul prin jonciune de forma:
[ ] [ ] [ ]1)(1)(1)(0
=+=DDnmDpmD
ufIufiufii
nmi
pmiI +=
0
0I curent de saturaie
8
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
20/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
Deducerea caracteristicii curent-tensiune
aproximaii pentru calcul:
- jonciunea este dintr-un semiconductor monocristalin cu ;in- fluxuri unidimensionale de purttori;
- regiunea de trecere complet golit de purttori;
- n regiunea de trecere nu au loc fenomene de generare-recombinare;
- lungimile de difuzie sunt mai mici dect lungimile zonelor neutre
(diod groas);
- jonciune abrupt;
- se neglijeaz rezistenele zonelor neutre;
- se neglijeaz efectele de suprafa;
- se consider temperaturi ambiante; impuritile sunt ionizatecomplet.
Densitatea curentului electric este aceeai n orice seciune:
curent de electroni
curent de goluri
* pentru
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
21/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
Lungimea regiunii de trecere se obine dac:D
uUU 00
, adic:
0
0
'
0 12
U
ul
np
np
q
Ul D
np
np =+
=
- polarizare direct: 0ll < ;
- polarizare invers; .0
ll >La limitele zonei de trecere concentraiile de purttori vor fi:
kT
Dqu
n
kT
Dqu
kT
qU
p
kT
qU
pnepeepeplp ===
0'0
)(
kT
Dqu
pkT
Dqu
kT
qU
nkT
qU
np eneenenln === 0
'0
)(
- condiii la limit de tip Shockley
- injecie de purttori
Densitatea de curent va fi:
pnDjjj +=
difpcampppdifncampnn
jjjjjj +=+=
n semiconductorul P, np >> :
dx
dnqDEqpEqn
dx
dnqDEqpj
npppnnppD+++=
(curent de cmp de goluri + curent de difuzie de electroni + curent de
cmp de goluri neglijabil);
La fel, n semiconductorul N, pn >> :
dx
dp
qDEqnj pnnD
Continuitate n regiunea de trecere:
plxpp
plx
nDEqp
dx
dnqDj
==
+=
10
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
22/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
nlxnn
nlx
pDEqn
dx
dpqDj
==
+=
Dar:nlx
pplxpp dx
dp
qDEqp=
= = Rezult:
plx
n
nlx
pDdx
dnqD
dx
dpqDj
==
+=
Ecuaia de continuitate, n regim staionar i pentru flux unidimensional
de purttori:
01
0 =
=
dx
dj
q
pp
t
p p
p
cu
dx
dpqDxj
pp
=)(
Rezult:
01
0 =
dx
dpqD
dx
d
q
ppp
p
cu )(xpp = si:
0)()(
22
2
=
p
n
L
pxp
dx
xpd
Soluia:pL
x
pL
x
nBeAepxp ++=
)( cu condiia la limit:
0)( = Bpxpxn
Deci:
pL
x
nAepxp
+=)(
Condiia la limit Shockley:kT
Dqu
nnneplplx == )( ;
Rezult:pL
nl
kT
Dqu
neepA )1( = ;
Deci:pL
nlx
kT
Dqu
nneeppxp
+= )1()( .
11
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
23/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
Pentru:nD
pxpu == )(0 (echilibru termodinamic)
Pentru: apare concentraia n exces care dispare dup .0>D
up
Lx >
Se calculeaz curentul de goluri:
)1()1
)(1(
)(
==
==
=
=
kT
Dqu
p
np
nlx
pL
nlx
p
kT
Dqu
np
nlx
pnp
eL
pqDe
LepqD
dx
dpqDlj
Analog: )1()( = kTDqu
n
pn
pne
L
nqDlj
Rezult: )1()1( += kTDqu
n
pnkT
Dqu
p
np
De
L
nqDe
L
pqDj
DA fiind aria transversal a jonciunii:
DDAji =
)1(
+= kT
Dqu
n
pn
p
np
De
L
nqD
L
pqDAi
)1(0
= kTDqu
DeIi cu :
+=
n
pn
p
np
L
nqD
L
pqDAI
0
(curentul de saturaie)
Reprezentarea grafic:
12
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
24/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
- pentru )26(0 mVq
kT
q
kTuu
DD=>>> la temperatura
ambiant, rezult:kT
Dqu
DeIi
0= ;
- pentru q
kT
uu DD >>< 0 , rezult:0IiD =
Semnificaia curentului de saturaie:0
I
2
22
0
11i
an
n
dp
p
a
i
n
n
d
i
p
p
n
pn
p
np
nNL
qD
NL
qD
A
N
n
L
qD
N
n
L
qDA
L
nqD
L
pqDAI
+=
=
+=
+=
Deoarece:kT
W
ieTctn
= 32 . , rezult: kTW
eTctI
= 30
.
Concluzii:
- se dubleaz la fiecare0
I C010 pentru Ge i la C06 pentru Si.
- este mult mai mic la Si dect la Ge (circa 3 ordine de mrime).0
I
13
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
25/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
4. Abateri de la caracteristica ideal
- caracteristica ideal:
= 10
kT
qu
D
D
eIi
- caracteristica unei diode reale:
* zona I zona caracteristicii ideale
* zona II zona curenilor mari - conteaz rezistenele zonelor neutre
apare o tendin de liniarizare a caracteristicii
* zona III zona curenilor direci de valoare mic nu se mai pot neglija
fenomenele de generare-recombinare din regiunea de trecere (care crete); se
obine o caracteristic de tipul kTquD
e 2 ; mai corect, kTquD
e cu valori pentru
de circa 1,2 (pentru Ge) i, respectiv de 1 - 1.5 (pentru Si)
* zona IV zona tensiunilor inverse mici (normale); curentul invers are mai
multe componente:
- curentul de saturaie al jonciunii (constant);
- curentul de generare din regiunea de trecere (crete odat cu
creterea valorii inverse a tensiunii aplicate);
- curentul de pierderi la suprafa (dependent de tensiunea aplicat)
Ponderile acestor componente sunt diferite n funcie de material.* zona V zona tensiunilor inverse mari, n care curentul invers crete
nelimitat (poate fi limitat numai de circuitul exterior). Sunt 2 fenomene:
- fenomen Zener smulgerea de purttori din reea prin cmp electric;
- fenomen de multiplicare n avalan producere de purttori prin
generare sau prin cmp electric, accelerarea acestora, ciocnirea cu reeaua i
smulgerea altor purttori.
15
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
26/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
0MIiinvers = coeficient de multiplicare n avalan:
m
str
D
U
uM
=
1
1
strU tensiune de strpungere dependent de concentraiile de impuriti;
m exponent dependent de material: 3 pentru Ge tip P+N, 4-7 pentru Getip PN+, Si.
Aproximarea caracteristicilor:
- dioda ideala
- dioda idealizat, cu tensiune de prag, cu valori de 0,2-0,3V
pentru Ge i 0,6V pentru Si (la cureni relativ mici)DU
- dioda idealizat cu tensiune de prag i cu rezisten serie
- curentul invers se neglijeaz, practic, ntotdeauna; eventual se ine
seama de rezistena de pierderi, de valoare foarte mare.
16
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
27/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
4. Regimul dinamic al jonciunii pn
Circuit de polarizare:
Determinarea PSF: ( )DD IU ,Ecuaii: dreapta de funcionarestatic PSFDD uRiE +=
( DDD uii = ) ( )DD UIM , Regimul dinamic se aplic peste regimul de curent continuu. Punctul
de funcionare se deplaseaz n jurul PSF iar pentru semnale variabilesuficient de mici, comportarea diodei poate fi considerat liniar.
Este necesar un model (o schema echivalent) valabil pentru regimuldinamic i anume pentru determinarea curentului prin circuit i a tensiunii labornele diodei.
a) la frecvene joase se pot neglija fenomenele reactive i modelulva fi caracterizat printr-orezisten dinamic.
Fie: componente PSF i componente variabile;
+=
+=
dDD
dDD
iIi
uUu
17
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
28/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
( )
kT
qU
dkT
qU
dkT
qU
kT
qu
kT
qU
kT
uUq
kT
qu
D
DDD
dDdDD
ekTquIeI
kTqueI
eeIeIeIi
000
000
111
111
+
=
+=
=
=
=
=
+
Rezult: kTqU
dd
D
ekT
quIi 0=
rezistena dinamic:)(
1
00
IIq
kT
eIq
kT
i
ur
DkT
qUd
dd
D +===
La polarizare direct: Vq
kT
UU DD 026,0,0 =>>>
D
T
DD
dI
v
qI
kT
IIq
kTr =
+=
)( 0
[ ][ ][ ]mAmV
II
vr
DD
Td === ;
26
La polarizare invers: q
kT
UU DD>>>
nn
i
p
i
p
npda
pn
n
p
n
n
npNN
22
2 ;;
Dpd
kT
qU
p
p
p
pnkT
qU
pnpdd
IkT
qC
eD
L
L
DqAp
kT
qe
kT
LpAqCC
DD
=
== ;22
Capacitatea de difuzie este proporional cu curentul direct prin diod.Capacitatea de difuzie este mai important dect capacitatea de barier n
conducie directi este neglijabil la polarizarea invers a diodei.
Circuitul echivalent la semnale mici al diodei va fi:
20
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
31/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
Modele simplificate:- la frecven joas:
- la blocare:
- la conducie cu tensiuni directe mici
21
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
32/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
6. Variante constructive de diode semiconductoare
Se pot realiza i diode Schottky, cu funcii asemntoare diodelor realizatecu jonciuni pn.
Diodele Schottky se realizeaz prin contact metal-semiconductor de
tip redresor, de obicei Al cu SiN slab dopat cu impuriti (< )317/10 cm
- la contact se formeaz o barier de potenial i o regiune de sarcinspaial extins numai n semiconductor. Rezult c dioda Schottkyfuncioneaz numai cu purttori majoritari.
- la echilibru termodinamic curentul prin diod este nul princompensarea celor dou componente de electroni ce depesc cele doubariere de potenial, si .B 0U
- la polarizare direct ( ) bariera semiconductor-metal se
micoreazi crete numrul de electroni ce trec din semiconductor n metal;apare curent direct care ascult de relaia:
0>Du
1,10
= cueIi kT
Dqu
D
- la polarizare invers ( 0
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
33/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
1. Diode de semnal mic diverse utilizriparametri: - curentul maxim direct admisibil 50 - 100 mA
- tensiunea invers maxim admisibil 20 100 V- putere disipat maxim admisibil 150 mW
2. Diode redresoare utilizare n conversia cacc pentru frecvene depn la 400 Hz
- curentul maxim direct admisibil - 10 mA 100 A- tensiunea invers maxim admisibil 10 1000 V- putere disipat maxim admisibil 0,1 100 W
(se pot utiliza i sub forma de puni redresoare)3. Diode de detecie demodularea semnalelor, funcioneaz lafrecvene mari i foarte mari, dar la puteri mici. Pot fi diode cu jonciunisau diode Schottky.
4. Diode varicap cu utilizare n circuite acordate, oscilatoare, filtre, lacare se folosete dependena capacitii de barier a diodei de tensiuneainvers aplicat; capacitatea de barier este proporional cu aria
jonciunii:m
D
bb
U
U
CC
=
0
0
1
5. Diode de comutaie utilizate n circuite de comutaie; parametriiprincipali i reprezint timpii de comutaie directi invers; de obicei,
parametrii referitori la mrimile maxim admisibile nu sunt limitativi.6. Diode Zener se bazeaz pe fenomenul de multiplicare n avalan.tensiunea stabilizat este cuprins ntre 3V i 100V iar curentul prindiod este de ordinul a 10 - 100 mA, n funcie de puterea diodei.
7. Diode Tunel (Esaki) sunt de tipul P+N+ la care surplusul de purttoritrece peste bariera de purttori prin efect tunel; are caracteristica curezisten negativ i se folosete n circuite care funcioneaz lafrecvene mari sau n circuite de comutaie.
23
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
34/232
Capitolul 2 Dioda semiconductoare notie
iD
uD
8. Fotodiode (fotoelemente) sunt diode cu jonciuni sau de tip Schottkyla care radiaiile luminoase pot ptrunde prin capsuli sunt absorbite dematerialul semiconductor ca urmare se intensific procesul de generarede perechi electron-gol i se modific curentul de saturaie al diodei. Sefolosete numai cu polarizare invers.
9. Diode electroluminiscente (LED) sunt realizate din jonciuni de tipulGaAs, semiconductor cu banda interzis de circa 1,6 -1,7 eV. n urmarecombinrilor directe, se emit cuante de lumin n spectrul vizibil, cudiferite culori. Funcioneaz numai la polarizare direct.10. Diode generatoare i amplificatoare de microunde (IMPATT,TRAPATT, BARIT) funcioneaz dup alte principii fizice.
24
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
35/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
1. Introducere2. Procese fizice3. Ecuaii de funcionare4. Caracteristicile statice ale TBIP5. Modelul Early6. Circuitul echivalent Giacoletto7. Parametrii de cuadripol ai TBIP
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
36/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
1.IntroducereSemiconductor eterogen dotat cu impuriti astfel nct se formeaz
dou jonciuni pn:
p n p n p n
- regiunea din mijloc foarte ngust pLd
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
37/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
2
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
38/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
2.Procese fizice
Tranzistorul este de tip P+NP+, funcionnd n RAN.
Fenomene fizice:
a) jonciunea EB este polarizat direct: golurile din emitor trec n
baz, dar , puine goluri se recombin, cele mai multe ajung la
colector; acesta este polarizat invers, este un cmp electric puternic care
favorizeaz trecerea golurilor n colector.
pLd
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
39/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
Concluzii: tensiunea mic de pe jonciunea EB impune cureni de
colector a cror valoare nu depinde, practic, de tensiunea de pe jonciunea
CB; dispozitivul se comport la ieire ca o surs de curent mrime de
ieire (curent) comandat de o mrime de intrare (tensiune) tranfer
resistor transistor.
2 4
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
40/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
3. Ecuaii de funcionare
Ipoteze simplificatoare
- model unidimensional;
- concentraii constante de impuriti;- grosimile zonelor neutre ale E i C >> lungimile de difuzie;
- nivele mici de injecie (conc. purttori injectai >
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
41/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
xqD
jpxp
p
p )0()0()( = (variaie liniar);
Se calculeaz: wqD
jpwp
p
p )0()0()( = i rezult:
[ ])()0()0( wppw
qDj
p
p = sau:
= kTCqu
kTEqu
np
p eew
pqDj )0(
Pentru RAN:q
kTuu CC >>< ,0
kT
Equ
np
p ew
pqDj =)0(
Semnificaia lui :w
( )
'
''02
pn
pnC
pn
pn
q
uUdldw
+=
Se observ c dac wuC efect de modulaie a grosimii bazei
(ceea ce duce la ideea de reacie intern n tranzistor).
Etapa II:Se calculeaz curentul de recombinare pornind de la ecuaia de
continuitate, n regim staionar:
0)(1
=
=
dx
xdj
q
pp
t
p p
p
n
sau:
[ ] 0)(
)( =+dx
xdjpxp
q pn
pSe integreaz pe toat lungimea bazei:
[ ] 0)()(00
=+ w
p
w
n
p
xdjdxpxpq
Dar:
6
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
42/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
Rezult:rpp
w
p jjwjxdj == )0()()(0
[ ]
[ ] ==
=
==
2
00
)0(
2
1)0(
)0()0()(
wqD
jqwpp
q
dxxqD
jpp
qdxpxp
qj
p
p
p
n
p
w
p
p
n
p
w
n
p
r
=
kT
Cqu
kT
Equ
np
p
nkT
Equ
n
p
eew
pqD
qD
wpep
qw
2
1
+= kT
Cqu
kT
Equ
kT
Equ
p
n
eee
qwp
2
1
2
1
1 Rezult:
+= 2
2kT
Cqu
kT
Equ
p
nr ee
wqpj
Pentru RAN: kTEqu
p
nr e
D
wqpj
2 .
Etapa III:
- curentul local de electroni la jonciunea emitor-baz:
= 1)0( kT
Equ
n
pn
n eL
nqDj
Etapa IV:
- curentul propriu la jonciunea colector-baz (ca la o jonciune PN
polarizat invers, dar cu zona P subirew):
+= 1
'
''
kT
qu
n
pnnp
co
C
e
L
nqD
w
pqDj (colectorul este dopat
diferit cu impuriti n comparaie cu emitorul);
+=
'
''
n
pnnp
coL
nqD
w
pqDj pentru RAN
(pentru s-a luat semnul corelat cu semnul curentului de colector).coj
7
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
43/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
DacA este aria seciunilor transversale ale jonciunilor, curenii vorfi:
(0) (0) E p ni A j j = +
( ) (0)C p co p r i A j w j A j j j = + = + co
C [ ](0) B n r co E i A j j j i i= + =Determinarea parametrilor tranzistorului:
a) factorul de injecie al emitorului (eficiena emitorului):
np
pn
n
kT
Cqu
kT
Equ
np
kT
Equ
n
pn
p
nnp
p
E
p
pD
nD
L
w
eew
pqD
eL
nqD
j
jjj
j
i
i
+
+
=
=+
=+
==
1
1
1
1
1
)0(
)0(1
1
)0()0(
)0()0(
Dar:
p
p
ippp
nn
i
nnn
DkT
q
n
nqqp
DkT
q
p
n
qqn
2
2
==
==
p
n
np
pn
pD
nD
=
Rezult:
p
n
nL
w
+=
1
1 1
- baza mai slab dopat dect emitorul, pn
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
44/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
kT
Cqu
kT
Equ
kTC
qu
kTEqu
pkT
Cqu
kT
Equ
np
kT
Cqu
kT
Equ
p
n
p
r
p
rp
p
p
p
p
t
ee
ee
L
w
eew
pqD
ee
wqp
j
j
j
jj
j
wj
i
wi
+
=
+=
==
===
2
2
11
221
)0(1
)0(
)0(
)0(
)(
)0(
)(
2
Rezult, pentru RAN:
2
2
11
p
tL
w 1 pLw
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
45/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
4. Caracteristicile statice ale TBIP
a) caracteristicile statice (n general)
* caracteristica de transfer o mrime de ieire n funcie de o
mrime de intrare: - sau cu parametru sau)(0 ivv )( io vi ii
- )( sau cu parametru ;0 iiv )( io ii iv
* caracteristica de ieire o mrime de ieire n funcie de cealalt
mrime de ieire cu parametru o mrime de intrare:
- )( cu parametru sau sauoo vi ii iv
- )( cu parametru sau ;oo iv ov ii
* caracteristica de intrare o mrime de intrare n funcie de cealalt
mrime de intrare cu parametru o mrime de ieire:
- )( cu parametru sau ;ii vi ov oi
- )( cu parametru sau .ii iv ov oi
b) caracteristicile statice ale TBIP n conexiunea BC
b1) caracteristica de ieire.
)(ctiCCC E
uii=
=
Relaii: coEoC iii +=
10
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
46/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
+= 1
'
''
kT
qu
n
pnnp
co
C
eL
nqD
w
pqDAi
+
2
0211
11
p
p
n
n
Lw
L
w
- pentru ,0=Ei
= 1kT
qu
coC
C
eii :
- pentru 0=Cu , 0=Ci
- pentru 0
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
47/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
Observaii:- caracteristici aproape orizontale, abaterea provenind de la variaia lui
i a luicoi 0 cu tensiunea prin intermediul lui ;Cu w
- caracteristici aproape echidistante la creteri egale ale curentului de
emitor provenind de la variaia lui 0 cu curentul de emitor (colector);- anularea curentului de colector se face pentru tensiuni de colector
pozitive, mici i foarte apropiate ca valoare pentru diferite valori ale
curentului de emitor.
Regimuri de funcionare:
- regiunea de blocare (tiere), pentru 0Ei ;- regiunea activ normal;
- regiunea de saturaie.
b2) caracteristica de ieire .)( ctuCCC Euii ==
Relaii:
cokT
qu
cokT
qu
np
coEoC iew
ctiew
pqDAiii
EE
+=+=+= 00 .
Observaii:
- caracteristicile nu sunt echidistante;
- panta caracteristicilor este mai mare (w apare i explicit la numitor iel scade cnd tensiunea de colector crete n modul);
- anularea curentului se face tot pentru valori pozitive ale lui .Cu
.)(
ctuEEE Cui
=i = b3) caracteristica de intrare
Relaii:
kT
qu
npkT
qu
kT
qu
np
E
ECE
ew
pqDAee
w
pqDAi
= (pentru RAN)
12
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
48/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
Observaii:
- caracteristica exponenial;
- pentru , caracteristica trece prin origine;0=Cu
- influena lui este mic, prin intermediul lui w;Cu
b4) caracteristica de transfer )( ECC iii = sau )( ECC uii =
Relaii:
coEoC iii +=
Observaii:- practic, paralel cu prima bisectoare;
- la cureni mari, 0 scade.
b5) influena temperaturii asupra caracteristicilor statice:
13
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
49/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
Observaii:
- caracteristicile se deplaseaz ctre stnga sus, PSF se apropie de
zona de saturaie.
b6) aproximarea caracteristicilor (model n curent continuu)
Desen - vezi verso dou desene
Observaii:- la intrare, tranzistorul poate fi modelat n cea mai simpl form cu o
tensiune de prag, , cu valori tipice de 0,2 V pentru Ge i 0,6 V pentru Si;
curentul de emitor este stabilit de circuitul exterior;DV
- n colector, tranzistorul este modelat printr-un generator de curent
comandat de curentul din emitor; de cele mai multe ori se folosete
egalitatea , care presupune c pentru factorul de curentEC
ii 0
se ia
valoarea 1.
c) caracteristicile statice ale TBIP n conexiunea EC
c1) caracteristica de ieire.
)'(ctiCCC B
uii=
=
Relaii:
coEoC iii +=
BCE iii +=
Se elimin i rezult:Ei
14
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
50/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
15
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
51/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
ceoBC iii += 0 cu0
00
1
= (factorul de curent al
tranzistorului n conexiune EC) i
01
= coceoi
i .
Observaii:
- caracteristicile au panta mai mare deoarece 0 depinde mai puternic
de prin intermediul lui :ECc uuu ='
w
p
n
npp
n
np
p
n
np
L
w
L
w
L
w
L
w
L
w
L
w
+
=22
2
0
00
2
1
1
2
1
11
2
11
1
- caracteristicile trec printr-un punct foarte apropiat de origine;
- caracteristicile nu sunt echidistante deoarece dependena de curentul
de colector a factorului de curent n conexiune EC este mai mare dect n
cazul conexiunii BC.
c2) caracteristica de ieire.'
)'(ctuCCC B
uii=
=
Relaii:
cokT
qunp
cokT
qunp
coEC iew
pqDAie
w
pqDAiii
BE
+=+=+=
'
000
BCECc uuuuu '' +==
16
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
52/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
.')'('
ctuBBB Cui
=i = c3) caracteristica de intrare
Relaii:
( ) coEcoEECEB iiiiiiii === 00 1
p
n
np L
w
L
w
+
=
2
0 2
11 (puternic influenat de )
C
u'
Observaii:
- carateristicile nu trec prin origine;
- tensiunea are o influen mic.Cu'
c4) caracteristica de transfer )( BCC iii = , parametru ;Cu'Relaii:
coBC iii += 0
17
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
53/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar
Observaii:
- influen mai mare a tensiunii de colector prin intermediul lui
care determin o variaie mai puternic a lui
w
0 .
c5) Dependena de temperatur a caracteristicilor statice
c6) Valori uzuale pentru 0 o(0.95 - 0.995) i (20 -300);c7) Aproximarea caracteristicilor statice:
- la intrare, tranzistorul poate fi modelat n cea mai simpl form cu o
tensiune de prag, , cu valori tipice de 0,2 V pentru Ge i 0,6 V pentru
Si; curentul de baz este stabilit de circuitul exterior;
BEV
- n colector, tranzistorul este modelat printr-un generator de curent
comandat de curentul din baz; de cele mai multe ori se folosete egalitatea
, care presupune c relaia pentru curentul de colector devine:EC ii
BC
ii0
= prin neglijarea curentului rezidual, .co
i
18
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
54/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
5. Modelul Early
Tranzistorul este utilizat pentru prelucrarea semnalelor variabile.Semnalele variabile se aplic n serie cu tensiunile de polarizare - ca
urmare, se vor modifica curenii, deci i tensiunile pe rezistena de sarcin.n cazul general, semnalul variabil se suprapune peste regimul decurent continuu.
Tranzistorul element neliniar adic relaiile dintre tensiuni icureni sunt neliniare. Liniarizarea se poate face n condiii de semnal mic.
Definiie:factor de amplificare n curent:01
2
2 =
ui
i
- pentru conexiunea BC:
.ctuE
C
Ci
i
=
=
- pentru conexiunea EC:.'
'ctuB
C
Ci
i
=
=
- pentru conexiunea CC:.''
''ctuB
E
Ci
i
=
=
Conexiunea BC:
18
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
55/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
Relaii:
coEC iii += 0 rezult, prin derivare:
+=
+=
=== ..
00
.
00
ctuE
E
ctuE
E
ctuE
E
E
C
CCC
di
du
du
didi
didi
di
Deoarece: kTqu
np
E
E
ew
pqDAi = , E
PSFE
E IkT
q
du
di=
deci:
.
00
.
00
1
ctuEEctuE
E
CCdu
d
q
kT
Iq
kT
du
dI
==
+=+=
Deoarece n RAN depinde puin de (prin W), rezult:0
E
u0
.
Dependena 0 de PSF:
variaia lui 0 cu curentul de colector (emitor) determinat de:- generarea de purttori electroni-goluri din zona de trecere ( );
- efecte la nivel mare de injecie ( t ).
Conexiunea EC:
Relaii: =
=
= .'
'ctuB
C
Ci
i
19
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
56/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
==+=+=
1ECBCEBCEiiiiiiii
Factor de amplificare n regim variabil n conexiunea EC: eh21= .Variaia lui cu curentul de emitor (colector) este mult mai puternic
dect n cazul conexiunii BC.
Conexiunea CC: nu prezint elemente importante din punct de vedere alregimului static de funcionare; referirile se fac la conexiunea EC.
Modelul Early:
Condiii: semnale variabile mici;regim staionar.
a)circuitul de intrare),( CEEE uuii =
Se difereniaz n jurul unui PSF, ( )CECE IIUUM ,,,
C
MC
EE
ME
EE u
u
iu
u
ii
+
=
K
uiru
u
i
u
ii
u
iu C
EenC
MC
E
ME
EE
mE
EE
+=
+
=11
Se deseneaz sub forma unui circuit electric:
20
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
57/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
Observaii:- : rezistena naturala emitorului:enr
kT
qu
npE
E
ew
pqDAi = (pentru RAN: ,0> )
E
M
kT
qu
np
E
E IkT
qe
kT
q
w
pqDA
u
i E==
Rezult:
EE
ME
E
enIIq
kT
u
ir
026,011==
= (valoare mic)
- K: coeficientul de modulaie a grosimii bazei:
MC
E
MC
kT
qu
np
MC
E
u
w
wI
u
w
wepAqD
u
iE
=
=
112
MC
E
MC
E
MC
E
ME
E
u
w
wq
kTI
u
w
w
kT
qI
u
i
u
i
K
=
=
=1
1
1
(reprezint influena ieirii asupra intrrii prin intermediul grosimii efectivea bazei reacia intern n tranzistor).
( )'0
'0'
''0 1
2
U
uld
pn
pn
q
uUdw C
pn
pnC =+
'0
'0
'0
1
1
2
U
UU
l
u
w
CMC
=
Valori tipice pentru K: 53 1010 .b)circuitul de ieire
Relaia:)(),( 0000 CcECEcEC uiiuiiii +=+=
21
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
58/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
Se difereniaz:
C
MC
c
C
MC
EE
ME
EEC uu
iu
uii
iiii
+
+
+= 0000
C
MC
c
MC
EE
ME
EC uu
i
uii
iii
+
+
+= 0000
Se poate scrie sub forma:
CcnEC ugii = Se deseneaz sub forma unui circuit electric:
Observaii:- factor de amplificare n curent n conexiunea BC
- conductana natural a emitorului dependena de PSF:cng
22
0 2
11
2
11
=
pp
n
np L
w
L
w
L
w
( )CCpCppC u
w
wu
w
wL
w
u
w
L
w
Lu
=
=
=
112
1
2
12
12
2
10
2
0
( )MC
Ec
MC
E
MC
ccn
u
w
wIg
ui
u
ig
+=
+
=
112 00
00
22
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
59/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
( )( )
en
c
MC
EccnKr
gkT
q
q
kT
u
w
wIgg 0000
12112
+=
+=
Se obin valori mici pentru conductana natural a emitorului -
S76
1010
- ceea ce confer TBIP caracterul de generator de curent i nregim dinamic.Pentru semnale rapid variabile, intervin elementele capacitive:
Se adaugi rezistena distribuit a bazei, 'bbx rr = :
Pentru circuitul Early elementele de circuit depind i de frecven, ceea facedificil utilizarea lui.
Capacitile tranzistorului
La jonciunea emitor-baz polarizat direct capacitatea de difuzieeste mai important dect capacitatea de barier; la jonciunea colector baz polarizat direct conteaz ambele componente, mai important fiind,totui, capacitatea de barier.
bcdccbedee CCCCCC +=+= Capacitile de barier ca la jonciunea PN:
23
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
60/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
0
0
1U
U
CC
E
bebe
=
'0
0
1U
U
CC
C
bcbc
=
Capacitatea de difuzie este determinat de variaia sarcinii purttorilormobili de sarcin din baz la variaii ale tensiunii emitor baz respectivcolector-baz.
- condiii la limit de tip Shockley:
kT
qu
nkT
qu
n
CE
epwpepp == )(;)0( Cantitatea total de sarcin:
kT
qu
nkT
qu
kT
qu
n
ww
dd
ECE
eqAwpeeqAwp
wppqAwdxxqApdQQ
2
1
2
12
)()0()(
00
+=
=+
===
Capacitatea de difuzie la jonciunea emitor-baz:
E
p
kT
qU
n
ME
dde I
kT
q
D
we
kT
qqAwp
du
dQC
E
22
1 2===
Capacitatea de difuzie la jonciunea colector-baz:
K
C
KkT
qI
KD
w
D
w
kT
q
u
w
wq
kTe
w
pqDA
u
weqAp
du
dQC
deE
ppMC
kT
qU
np
MC
kTqU
n
MC
ddc
E
E
==
=
===
1
2
1
2
1
21
22
24
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
61/232
Capitolul 3 Tranzistorul bipolar notie
6. Circuit echivalent Giacoletto
Este un model pentru care parametrii nu depind de frecven pn la o
valoare foarte mare a acesteia ( ).f5,0> , se deduc
Zhh'
i n condiiil e expresia:
ZZA Su -
ficarea de tensiune nu mai depinde (n modsenial) de parametrii tranzistorului, ci numai de raportul a dou impedane;
- efectul impedaneiZse poate considera i ca o reac rie decurent.
- aceast relaie arat c amplie
ie negativ se
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
126/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie38
c) Tranzistor bipolar cu impedan n serie cu colectorul
Schema de principiu:
* se obin relatiile:
++= '2'1'1 UhIhZhU ri
++
++
+=
00
'2
0
0'1
0
'2
11
11
ZhZh
UZh
hI
Zh
hI
f
* rezult parametrii tranzistorului echivalent prin identificare:
+
=
+
+=
+=
+=
Zh
hh
Zh
hZhh
Zh
hh
Zh
hh
rr
ii
ff
0
'
0
'
0
0'0
0
'1
;
1
1;
1
- pentru valori nu prea mari ale impedaneiZ, ceea ce se ntmpl n modobinuit n circuitele reale, se ndeplinesc iii:urmtoarele cond
1, 0
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
127/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie39
d) TBIP cu impedan ntre bazi emitor
iile des ntlnite n practic.Schema de principiu:* este una dintre situa
='='
'='
' '
*se obin relaiile:
++
+=
++
++
=
'2
'1
'1
'2
0'1
'2
UZh
ZhI
Zh
ZhU
UZh
ZhhI
Zh
ZhI
i
r
i
i
f
ii
* prin identificare rezult parametrii tranzistorului echivalent:
=+==+=
+h +=
+=
i
i
fi
f
fii
i
i
ii
rr
h
h
hZh
Zh
hZhZh
Zh
h
Zh
Zhh
Zh
Zhh
'''
0'0
';||
;
a is i ia* se constat c panta tranzistorului echivalent este identic cu aceea a
tr nz torulu ini l, SS'= . De multe ori, n cazurile practice, impedanaZ, olt mai mare dect hrezisten, are o valoare mu dere
umeric, parametrii tranzistorului echivalent su aii, astfel nct, din punct de ve
n nt practic identici cu cei
tranzistorului iniial.* dac tranzistorul inial este caracterizat de parametrii
0== 0hsi0hr , atunci parametrii circuitului echivalent vor fi:
Z||hh i'i = ;
i
ffhZ
Zhh
+=' ; 0== 0hsi0hr ,
ceea ce permite utilizarea relaiilor aproximative pentru calculul performanelorplif
v c prezena impedaneiZduce la
icorarea curentului care intr efectiv n baza tranzistorului pentru a fi
am icatoarelor;* din punct de vedere fizic, se obser
m
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
128/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie40
amplif comun. Cu ct impedanaic;
are fie din necesitilestorului, fie din circuitele de bootstrapare utilizate
pentru micorarea influenei curentului de polarizare din baz asupra impedaneide intrare, aa cum se va vedea n paragrafele urmtoare.
e) TBIP cu rezisten ntre bazi colector
* schema de principiu: este
icat, o parte din el mergnd prinZspre bornaZeste mai mare, cu att aceast pierdere de curent este mai m
* cel mai adesea, rezistena dintre bazi emitor apde polarizare corect a tranz
* ecuaiile suplimentare necesare pentru determinarea parametrilor
tranzistorului echivalent sunt :
Z* se obin relaiile urmtoarele echivalri:
+
+
+
==
Zh
Zh
Zh
h
Zh
hhZhh
fiffii
2;|| ''
+==
+==
Z
UUIIUU
UUIIUU
'2'11
'11
'1
'1
'2
2'22
'2
;
;
+
+=
+
+=
Zh
hZhh
Z
Zhh
i
ri ; 0'0'
hh
iii
ir
* ntotdeauna se poate face aproximarea
if h|Zh| >>ihZ+
cazurile practice, e
ff
Zhh ' deoarece, n
ste ndeplinit condiia ;
* se poate folosi metoda de calcul pprnind de la definiia parametrilor:
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
129/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie41
* conform definiiei:
Zh
Z
U
h
U
U
II
U
I
Uh i
i
UzU
i =+
=+== == 111
011
0'1
'
1'
2'2
i
ir
i
i
i
r
I
rhZ
hZh
hZ
h
hZ
ZUh
UU
Uh
++
=
++
+==
=2
20'2
'1' 1
|
|
'1
ii
rf
i
r
I hZ
hZh
hZ
hhhh
Ih
++==
'2'
)1(1
hZU +
=
+
+
+=
00
0'2
0'1
i
fhZ
hhZhZ +
+
+
i
i
i
fZf
U
f
ZhZh
I
IIh
I
Ih =
==
='1
1
0'1
'2'
2
staniali trei dintre parametriitranzis istorul iniial este caracterizat
prin
* se constat c sunt afectai n mod subtorului echivalent; astfel, chiar dac tranz
0== 0hsi0hr rezult:
0' += Zhhh
i
ir
ceea ce nseamn c n calculul performanelor amplificatoarelor cu astfel detranzistoare echivalente trebuie s fie luate n considerare relaiile exacte deduse.
tranzistoare astfel ds fie
* prezena unei rezistene ntre baza i colectorul unui tranzistor poate smod de polarizare a tranzistorului
asigur cu
o rezisten ui,indiferent de condiiile de lucru.
* se recomand ca n analiza circuitelor cu e echivalrievitate.
apar frecvent datorit faptului c acest o bun stabilizare termic a PSF. n plus, la polarizarea tranzistorului
ntre baz i emitor se elimin posibilitatea saturrii tranzistorul
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
130/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie42
* din punct de vedere dinamic se poate considera c impedana dintrebaz i colector determin o reacie negativ paralel de tensiune care duce lamodificarea important a parametrilor tranzistorului.
* panta tranzistorului echivalent va fi:
Sh
h
hZ
hZZh
h
hS
i
f
i
i
f
i
f ==+
=||
''
'
ceea ce nseamn c rmne practic nemodificat.
zisten ntre colector i emitor
* schema de principiu:
f) Tranzistor bipolar cu re
* pentru determinarea parametrilor tranzistorului echivalent se observ
faptul cZapare strict n paralel pe impedanaoh
1. Rezul c parametrii hi, hf
i hr nu sunt modificai iar parametrul h0 se nlocuiete prin combinaie nparalel a celor dou impedane. Deci:
=+== .1
||;
0
00ff
hZ
Zhhhh
=
=
;
;
11'
'
''rr
ii
hh
hh
* avnd n vedere c impedanaZare n mod obinuit valori sensibil mai
mici dect
o
h
1, parametrul
'oh capt importan.
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
131/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie43
* o alt posibilitate, utilizat n practic, este ca impedana Z s fieconsiderat n paralel cu impedana de sarcin (dac montajul este cu emitorulsau cu colectorul la mas).
* situaiile practice n care apare o astfel de impedan ntre emitor i
colector sunt mai puin ntlnite.
Tranzistoare compuse
u tranzistoare care smporte global ca un tranzistor ech ar ca dispozitivul
rezultat s aib tot trei terminale.o polarizare
direct un avantaj
n util cuite integrate liniare.
g) Tranzistor compus de tip Darlington
* schema de principiu (tranzistoare de tipul npn):
* sunt mai multe posibiliti de interconectare a dose co ivalent; este neces
* din cele 4 posibiliti practice utilizate, dou permit in curent continuu fr elemente ajuttoare, ceea ce reprezint
izarea lor n special n cir
* prin conectarea celor dou tranzistoare se obine un dispozitiv cu treiterminale cu semnificaiile E,B,C:
* pentru tranzistorul T se obine un curent de baz egal cu curentul deemitor al tranzistorului T, iar tensiunile dintre colectoarele i emitoarele celor
dou tranzistoare pot fi simultan pozitive ceea ce asigur o funcionare n RAN.* la un curent de colector al tranzistorului compus prestabilit, se obine uncurent de baz la intrare de valoare mic, cutilizrii acestei structuri n etajele de intrare ale a
* tranzistoarele sunt caracterizate n curent continuu prin factorii de curent
i
eea ce sugereaz posibilitateamplificatoarelor.
'o
"Io i se poate deduce c, dac se noteaz cu C, curentul de colector al
torulu compus, atunci curentul de baz de la intrare va fi:
= CI
I B
tranzis i
''0
'0
'0 )1( ++
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
132/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie44
* deci tranzistorul compus Darlington are un factor de curent echivalentpentru conexiunea EC de valoare:
'"' ++= "'" ooooooo aproximarea fiind justificat de neglijarea lui 1 n raport cu fiecare dintre factorii
e curent ai tranzistoarelor compo
nente.ontinuu simpl, n care curentul de emitor al
tranzistorului T este curent de baz pentru tranzistorul T se constat c, princele dou
d* la o polarizare n curent c
tranzistoare, circul curent de colector, n PSF, de valori mult diferite;din acest motiv, performanele de ansamblu ale structurii sunt inferioare celor cerezult din analiza simplist a schemei.
* factorul de curent al tranzistorului n conexiune EC depinde puternic decurentul de colector din PSF cnd acesta se modific n limite largi;
* tranzistoarele utilizate n tranzistorul compus Darlington, fiind deacelai tip, este dificil s se aleag curenii de colector din PSF pentru ambele
tranzistoare i n zona n care factorul de curent'T "T 0 s fie maxim i puindependent de variaiile curentului de colector din PSF; unul dintre tranzistoareva avea o valoare redus a factorului de curent.
* deoarece tranzistorul compus Darlington se folosete n etaje de intrare,este important i zgomotul propriu produs de tranzistor. Tensiunea echivalentde zgomot depinde i ea de curentul de colector din PSF:
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
133/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie45
* aceast curb este tipic fiecrui tranzistor i nu se pot alege curenii decolector din PSF astfel nct ambele tranzistoare s se situeze n zona de zgomotminim.
* pentru evitarea acestor inconven e, este necesar s se mreasc
curentul de emitor al tranzistorului 'T aa cum se sugereaz n figur n caregeneratorul de curent I se poate realiza n
ient
mai multe variante concrete.
* din punct de vedere dinamic parametrii tranzistorului compusDarlington se pot deduce din n funcie de parametri de cuadripol hibrizi [ ],respectiv [ ].
'h"h
* la relaiile care descriu cele dou tranzistoare de forma :
+=
+=
'2
''1
''1
'2
'0
'1
''2
UhIhU
UhIhI
ri
f
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
134/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie46
+= 2012 UhIhI fse adaug relaiile rezultate din scrierea ecuaiilor Kirchhoff n no
+= ''2''''1''''1 UhIhU ri
''''''''''
durile iochiurile formate.
* din aceste 10 ecuaii, se elimin mrimile ce caracterizeaz cele dou
tranzistoare componente i cele dou relaii rmase se a njeaz sub forma:
+= 2012 UhIee
f
de unde, prin identificare se determin parametrii hibrizi ai tranzistoruluicompus .Calculele sunt laborioase i se rocomand deducerea acestor parametri pornind
de la definiie. Astfel, condiia
=+
+=+==
=+=
''1
'2
'1
''2
'22
''1
'2
''22
'11
''1
'11
;;
;;
III
IIIUUUU
IIUUU
ra
+= 211 UhIhU
hI
er
ei
0U2= duce la urmtorul circ. echiv:
Pentru se aplic relaia pentru un tranzistor cu o impedan n
emitor:
eih T'
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
135/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie47
'''0
'''
1
'
i
iiei
hh
Nhhh
+
+=
nde .
"fi0 + ) rezult:
* pentru schema de polarizare standard: (adic
''r
'
fhh1hN' ++=u
- n condiiile unor aproximri acceptabile:
( hh"'
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
136/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie48
"1
""2 IhI f=
unde este curentul de ieire al repetorului pe emitor format de tranzistorul
care lu pe impedana nt a repetorului pe emitor:
"iI
'T "
ih .creazRezult, conform relaiei amplificrii n cure
1"'0
'"1
1
)1(I
hh
hI
i
f
+
+=
rin nlocuire, se obine:P
1'
0
"
'"
'"
'0
"'
2
1
1I
hhI
hh
hhhI
fif +++
= 1
0
1 hhi
f
i
+
'0
"
'"'0
"'
1
)1(
hh
hhhhhh
i
ffifef
+
++=
- n cazurile de aproximare unanim acceptate e obine
relaia aproximativ:
hhhhhh ++= - se constat c, din punct de vedere dinamic, tranzistorul compus
Darlington are factorul de e n curent deadev
ionare ale celor dou tranzistoare.
( "'0
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
137/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie49
compus Darlington d de tranzistorulluat separat ca repetor pe emitor (f stena
cfactorul de amplificare n curent al tranzistorului echivalent este mult mrit;
U
egale pe intrrile celor dou tranzistoare, adic 1 UU i, deoarece curentul n scurtcircuit este dat, prin ipal, e cu ntul celui de-al doilea tranzistor,rezult reducerea pantei echivalente la jumtate din panta celui de-al doilea
* dezavantaj al tranzistorului compus Darlington, dar mai puin importantdect avantajele pe care le prezint din alte puncte de vedere.
Pentru calculul celorlali doi parametri, se pune condiia
este e circa 2 ori mai mare dect cea oferitr a lua n considerare reziT
'0hh
i +
"
"22"
2 1)1(
)1( UhhU
hI f +
+=
generatorului de semnal al crei efect este mult micorat datorit faptului
* fizic, deoarece tensiunea de intrare i se repartizeaz n pri aproape"'
'
1n c d re
tranzistor, "T .
0I1
= i seobine o schem echivalent:
* deoarece , rezult:
2222 )1( UhIhUh ff ++=+
Dar:
"1
'2 II =
"'"' IhIIII +=+= 2"0'2"2"0'1
'0
"
2"22'
2 1
hh
UhUI
i +
=
2"0Deci:
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
138/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie50
adic:"'
"'0
"0
"
'0
"0"
"0
"
""
0111
)1)(1( rfehh
Nhhh
hN
hhh
h+
+=
+
=++
=
0'' iii hhhh +n condiiile obinuite de aproximare, rezu
)1( "'0"00 ++= f
e hhhh
adic de v oatranzis
00 +lt:
al re foarte mare, mai mare dect la fiecare dintre cele doutoare luate separat.Observnd c:
"
'"
222"
22
'
2
'
1 " irUhU
hUhUhU
++= 1
o
ih
h +
i c:
'0
"
"2
'0
'2 1
)1(1
hh
hU
hU
i
r
+
= ,
dup calcule elementare, rezult c:
"'0
'0"'""'
1 i
irrrrer
hh
hhhhhhh+
++=
Aceast relaie se poate reduce la forma aproximativ:'0
"'"hhhhh irr
er +
o expresie care nu se mai poate simplifica avnd n vedere faptul cei treitermeni pot avea valori apropiate.
i dinami pus Darlingtonvor fi:
c
* parametri ci aproximativi ai tranzistorului com
2S
=
++=+=
==
)1(;
;;2
"
"'0
"0
'0
"'"
"''
S
hhhhhhhhh
hhhhh
e
feoirr
er
ffef
e
* deci, din punct de vedere dinamic, tranzistorul compus Darlingtonprezint un factor de amplificare n curent mrit, dar panta echivalent redus
ii
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
139/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie51
este la jumtate. Reacia intern este comparabil cu aceea a unuia dintretranzistoarele componente, iar la ieire el se comport ca un tranzistor cu
de ieire mai mic dect cea a tranzistoarelor componente.rmn ns importante proprietile tranzistorului compus Darlington n
curent continuu prin care se asigur un curent continuu de baz de valoare foartemic. De asemenea, prin artificii de circuit, n special n circuitele integrate
h) Tranzistor compus super-G
iu:
impedan*
lineare, se pot mbuntii i performanele dinamice.
* schema de princip
* n ambele cazuri, tranzistorul echivalent este de tipul primului tranzistor
din combinaie i va avea E i B comune cu acesta.* se poate realiza o polarizare a tranzistoarelor n RAN.
c, n curent continuu, curentul de colector
al primului tranzistor, , este curent de baz pentru cel de-al doilea tranzistor,. Deci, ntr-o astfel de structur, e asi c de int re co tinuu devaloare mic iar curentul prin sarcin este asigurat, practic, de cel de-al doileatranzis
* se poate deduce fo luicompus:
00
l ), rezult c se vor pstra dezavantaje relevate la tranzistoarecompuse Darlington cu privire la dependena de curentul de colector a factoruluide zgomot propriu al tranzistoarelor i a factorului de curent al tranzistoarelor.n mod normal se pot folosi aceleai metode pentru reducerea efectului acestora.
* din punct de vedere dinamic, parametrii tranzistorului echivalent, sedetermin din circuitul echivalent:
* n ambele cazuri se constat
T'T" s gur urent ra n
tor.arte simplu factorul de curent al tranzistoru
"'"'0
"0
'00 )1( +=+=
e00
* curenii continui prin cele dou tranzistoare fiind foarte mult diferii (n
raportu"
0
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
140/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie52
Se pot scrie relaiile de legtur:
=== '1'2
'112
"2 ;;; IIIIII
corespunztoare
fiecru
ic e pot deduce parametrii hibrizi ai tranzistorului compus.Pornind de la definiie, se pot deduce mai direc
* para
==='112
'2
"1
'22 ;; UUUUUUU
Dac se adaug relaiile dintre curenii si tensiunile
i tranzistor, se pot elimina mrimile:"2
"1
''2
"1
'2
'1
'2
'1 ,,,,,, IsiIUUIIUU
i rezult dou relaii de forma:
+= 211 UhIhU
er
ei
+= 2012 UhIhI fPrin identif are, s
ee
t aceeai parametri.
metruleih :
"'0
'"'
1 i
iii
hhhhhh
++=
n mod obinuit, 1'" hh i '"' hhh , astfel nct: 'e hh
e
ui compus super-G este determinat de acelai
parametru al primului tranzistor.
* parametrul :
0i ii ii
adic parametruleih al tranzistorul
efh
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
141/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie53
"'"'"'
0
'" )1(
1)1( ffff
i
f
fef hhhh
hh
hhh +
++=
Factorul de amplificare n curent al acestui tranzistor compus va avea
valoarea foarte mare.* panta tranzistorului compus echivalent.
"''
"'
f
i
ff
ei
efe hS
h
hh
h
hS ==
- foarte mare n comparaie cu panta primului tranzistor (i, de aici,
denumirea sa, deoarece panta tranzistorului se mai noteazi cu mg ) .- se observ c:
'i
ffh
"'" "' ie hhShS ==
- deoarece, pentru o schem elementar de polarizare curenii continuiprin cele dou tranzistoare sunt n raportul factorilor de ctranzistoare, se poate scrie:
S
ureni ai celor dou
""
"
""
'" CCf
f
e I
hSkTh
qI
kTh
hSS == '"0
'""
"
'""
"
'
'C
C
fC
C
fC
f
C
fI
I
hSI
I
hSI
qI
- n aceast ultim relaie, dac se apreciaz c, numeric, =fh ,rezult
lu u se poate interpreta n felul urmtor: tranzistorul compus
super-G asigur o pant echivalent mare (panta tranzistorului prin care
ircul urent continuu de v loa e ma ), n condi le n metrul are
i el valoare mare fiind asigurat de primul tranzistor , prin care circul curentcontin .
us Darlington:
""0
:"
SSe =
- acest cr"T
eih
'T
c c a r re ii care para
uu de valoare mic- comparnd rezultatele obinute cu cele ale tranzistorului compus
Darlington, se constat c diferenele nu sunt eseniale:- pentru tranzistorul comp
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
142/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie54
=2
;2"
' SShh
ei
ei
torului compus super-G:- pentru tranzis
"'; SShh eie = i
- - aceste rezultate nu trebuie s surprind prea mult, deoarece
n ambele cazuri, produsul este , adic aproximativ .
a c ctorul decurent al unu ult mai mare dect 1 (de cel puin 20-50 ori).
* parametrul
ei
ehS fh ffhh
e "'
- diferenele pe care le impun aproximrile fcute pe parcurs nu sunteseniale, efectul lor rmnnd n zona n care se poate consider fa
i tranzistor este me
rh :'"'
'01 i hh+
- c reacia intern n tranzistorul compus super-G este dat, practic, deprimul tranzistor.
e
"' 1
rrrrer hhhhh +=
* parametrul :
- acest parametru este dictat de cel de-al doilea tranzistor.* valorile aproximative ale parametrilor sunt de forma:
==
=="00
'
"''
;;
;;
hhh
hhhhh
er
er
ee
e o
, chiar i n circuitelefunci tinue cum ar fi sursele dealimentare.
h0"0
"'0
"00 hhhhh
e +=
=SSe
* prin comparaie cu parametrii tranzistorului compus Darlington) s bserv c,n afara celor spuse despre
eih ,
efh i
eoh , se poate aduga faptul c tranzistorul
super-G se comport mai bine ca generator de curent dect tranzistorul compus
h
fffii
"
Darlington.* tranzistorul compus super-G se folosete ori de cte ori este necesar obinerea
unei i i micmpedane de ieire de valoare ct maonnd la semnale lent variabile sau con
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
143/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie55
* n locul tranzistorului T, se poate utiliza un alt tranzistor compus (de tipDarlington sau de tip super-G) care s asigure un factor de amplificare n curentde valoare ct mai mare.* exerci se determine pantele echivalente ale trazistoarelor compuse
iple r, considernd c n schema dei c factorii decurent i factorii de c cu
.
iu: s
tr i n funcie de panta ultimului tranzistopolarizare n curent continuu nu intervin alte elementeamplificare n urent ai celor 3 tranzistoare sunt toi egali
fh
Observaie:
- n to cprovine n principal din fruc
ate azurile, mrirea pantei echivalente a tranzistorului compustificarea pantei mari a ultimului tranzistor (prin care
circul cel mai mare curent).
pot obine i na obine alte valori aleparametrilor individuali ai tranzistoarelor prin care s se mbunteascparametri globali, n particular, panta echivalent:
- structurile de tranzistor de tip super-G sau Darlington, secazul unor polarizri de alt tip ale tranzitoarelor pentru
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
144/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie56
i) Tranzistor compus superD
* schema cu TBIP NPN;- sunt posibile variante i cu tranzistoare complementare. n toate cazurile,
nu este posibil polarizarea n curent continuu fr elemente ajuttoare ceea cereprezint un dezavantaj al acestui tranzistor compus n comparaie cu celelalte.
* din punct de vedere dinamic, comportarea lui este asemntoare cu atranzistorului compus Darlington. Se remarci aici faptul c, prin tranzistorul
'T circul curentul de baz al tranzistorului "T , ceea ce permite obinerea uneipante echivalente mari cu impedana de intrare de asemenea mare.
* parametrii echivaleni sunt:* parametrul
eih :
'"'e Nhh +
"'01 i
iii
hhh
+=
cu:
- n condiiile unor aproximri acceptabile ( i ),
rezult:
* parametrul :
'''' 1 rf hhhN ++=
1"'0 ihh 1'' += fhN
''' )1( ifiei hhhh ++
efh
'0
"
'"
'0
"
'0
"'""
1
)1(
1 hh
hh
hh
hhhhhh
i
ff
i
if
ffef
+
+=
+
+=
cu relaia aproximativ
:
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
145/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie57
''" )1(e hhhh + "fffff h dic metrul corespunztor al tranzistorului compusa nu mult diferit de para
Darlington.
* parametrulerh :
'"
"'1
)1(
io
rrer
hh
hhh
+
=
- aproximativ:"r
er hh
* parametrul :e
h0
'"
"'"
1 oi
ooe
o hh
hhh
h +
+
=
- cu aproximarea:
* proprietile la ieire ale tranzistorului compus super-D sunt determinate
numai
"o
eo hh
de tranzistorul "T , aa cum este evident i din modul de conectare.* panta echivalent se calculeaz cu formulele aproximative, sub forma:
"''
"'ffe
hhS =
)1( ifi hhh ++
c de modul de polarizare, panta echivalent poate lua valoridiferite; astfel, dac, prin polarizarea n curent continuu, se realizeaz cureni decolector egali prin cel nci
i , iar dac, prin polarizarea n curent continuu, se
zeaz un curent de baz pentru identic cu curentul de emitor altranzistorului , atunci, n condiiile egalitii numerice a factorilor de curent
- n fun ie
e dou tranzistoare (sau aproximativ egali) atu""'' )1( ifi hhh + SS
e T"
T'
2
reali
ai acestora, se obine
"S
S e .- rezult c, n funcie d tree polarizare, panta echivalent este cuprins n
2
"
S
2
"S.
SS e i " , situaie mai bun dect la tranzistorul compus Darlington
clasic unde panta echivalent este
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
146/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie58
Observaie:Pentru toate aceste trei tipur se
ctig pentru mbuntirea unor perfomane de regim dinamic ale
ar sunt folosite.
Tranzistor compus cascod
* structura de tranzistor compus cascod prezint o serie de proprietire n conexiune
i de tranzistoare compuse se constat cmrete substanial factorul de amplificare n curent echivalent, ceea cereprezint un
circuitelor n c e
i)
remarcabile i const din conectarea n cascad a dou tranzistoaEM respectiv BM:
' "- din punct de vedere dinamic tipurile tranzistoarelor T i T nuconteaz, dar condiiile de funcionare n RAN ale celor 2 tranzistoare depind detipurile lor i de circuitele de polarizare; nu este posibil o polarizare n curent
- parametrii dinamici ai tranzistorului echivalent arat c acest tranzistorne
nalte;
continuu fr elemente ajuttoare;
compus poate fi utilizat ca un circuit de intrare performant n special la frecve
* deducerea parametrilor hibrizi echivaleni se face dup schema echivalent ncare, pentru al doilea tranzistor a fost utilizat schema echivalent n parametrii
bh n conexiunea baz comun.
* parametr briz* n condi
i parametrul h rezult ca fiind impedana de intrare n tranzistorul
ii hi i se pot determina pornind de la definiie;iile de scurtcircuit la ieire, dispare generatorul de tensiune
2rb i"
"Uh e 'T
ibhavnd ca sarcin pe .
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
147/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie59
Deci:'0
"1 hh
hhh
ib
ibiei +
+=
Dar: ;
"
" hh
h i
"'
1; 'iei hh 1'02'"" + hhhhh
ibiibib , rezult:f
- observnd c'2
"1 II = i c raportul '
1
2
Ireprezint amplificarea de
curent a primului tra
'I
nzistor, rezult:
2'1
"1"
21
"1
"
21
2
000fb
fbe
fU
I
Ih
UI
II
UI
Ih =
=
=
=
=
=
=
"'
'"'"
1 ibo
f
fbifbhh
hhAh
+==
"fh
deoarece: 11"
" +
f
fbh
h
Rezult: 'fef hh
- parametrii circuitului echivalent de intrare sunt determinai de parametriimului tranzistor.pri
* pentru parametrii circuitului de ieire, deoarece, 01 =I , generatorul de
curent nu mai conteaz.'1
'Ihf
"
"'0
'0'
12
'2
'2
1
12
11
1
00rb
ib
rer h
hh
hh
IUU
UU
IUUh
+=
==
== sau:
"'
"'
1 ibo
rsrer
hh
hhh
+=
- produsul de n
la umrtor este foarte mic (ordinul de mrime este
) astfel nct se poate considera:
109
1010
0e
rh
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
148/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie60
ceea ce arat c n acest tranzistor compus nu exist reacie de la ieire la intrare.
c u area luiPentru alc l se observ c:eh0
"'0
'0
"""0
2
'0
2
2"ibUh "2"0
12
""2
"0
1
1
1
00
ib
rbfb
b
ib
fbb
b
hh
hhhh
hh
hUh
IU
IhUh
I
I
++=
++
=
+=
=
dar: ,
1
1
10
fbe
UUh ===
"0
'0
""brsfb hhhh
astfel:e
h1"
"0"
00+
f
bh
hh
a de iei ste
fr clui.
i compus cascod este:
- impedan re echivalent pentru tranzistorul compus cascod efoarte mare, corespunztoare unui tranzistor cu baz la mas. Deci el secomport ca un foarte bun generator de curent la ieire, ceea ce permiteconectarea ca sarcin a unui circuit oscilant paralel, a acesta s fieamortizat sensibil prin impedana de ieire a amplificatoru* panta echivalent a tranzistorulu
'S
h
hS
e
i
efe =
Aadar, la intrare , tranzistorul compus este caracterizat de primul
tranzistor, transferul ( sau ) este determinat tot de acesta, iar la ieire este
determinant impedana tranzistorului al doilea cu baz la masa neexistndreacii interne.
Utilizarea sa n circuite de intrare mai este facilitat i de ali parametri
)( eihefh
eS
aa cum se va vedea i n paragrafele urmtoare.
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
149/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie61
Cap. 4. Amplificatoare elementare cu tranzistoare
7. Circuite cu impedan de intrare mrit
* structura unui amplificator:
- etaj de intrare, EI;
- etaj intermediar, EI;- etaj de ieire, EI.
* circuit echivalent la intrare:
g
gZZ
ZEU
+=
int
int1 gEU 1 intZ
* alegere ntre structurile elementare: BC, EC, CC CC
* schema de principiu:
sfiic ZhhZ )1( ++= (dac rh i sunt egali cu 0).oh
-
8/6/2019 Dispozitive Si Circuite Electrice
150/232
DCE I Amplificatoare elementare N. Cupcea notie62
* trebuie folosit relaia exact pentru c, pentru valori mari ale impedanei de
intare, nu mai pot fi neglijai cei doi parametri:
so
si
Zh
NZhZ
+
+=
1int
- dificil de interpretat.
* schema Giacoletto:
- se neglijeazr i se redeseneaz:
- se definete un tranzistor ideal caracterizat prin:
0;;0; ====== idofidid
iid hhhhhrh
fri
*'
'
'
)1(')1((1 si
s
s ZhhZh